自製超聲波驅狗器(第三版)

• 2020 年 8 月 13 日
• 筆記
• DIY, Dog_Repellent, Ultrasonic, 低成本, 後續, 小巧, 自製, 超聲波, 驅狗器

文檔標識符：Ultrasonic_Dog_Repellent_II_T-D-P7

作者：DLHC

最後修改日期：2020.8.13

本文鏈接： //www.cnblogs.com/DLHC-TECH/p/Ultrasonic_Dog_Repellent_II_T-D-P7.html

「威力」測試

圖0.0-最終

圖0.1-輕鬆彎曲火焰

參考資料

     //www.talkingelectronics.com/projects/50%20-%20555%20Circuits/50%20-%20555%20Circuits.html#53a

數據手冊、T25參數文件、專利文件和電路模擬文件

     鏈接(1)：百度100KB/s網盤(V1.1)

     提取碼：gknp

     鏈接(2)：藍奏雲(V1.1)

開源PCB

     鏈接(1)：百度100KB/s網盤(V1.1)

     提取碼：yuup

     鏈接(2)：藍奏雲(V1.1)

圖0.1-PCB

圖0.2-3D模型

反思與改進

     上一次製作的超聲波驅狗器效果不好，表現在：

      1.使用的超聲波揚聲器，其發出的聲音太小，無法有效地震懾或驅逐較遠處的狂犬。

      2.使用的超聲波揚聲器，會發出人耳可以聽見的刺耳的聲音，會對使用者造成潛在的附帶損傷。

      3.不便於攜帶，不方便使用。

      4.高端驅狗器價格過於昂貴在100到250元(實際上成本只有30元左右)。

     從以上問題出發，提出以下解決辦法：

      1.使用超聲波探頭，型號為T25，中心頻率為25KHz，改善上述(1)(2)(3)。

      2.簡化電路，保留核心的驅狗功能(可能會添加其他常用的功能)，簡化驅狗器操作方法，開源PCB，改善上述(3)(4)。

     市面上售出的超聲波驅狗器，價格在20元~~300元。低端產品品質無保障，高端產品價格過於昂貴。這套裝置並不複雜，開源PCB和原理圖可以讓更多的人使用到廉價的驅狗器。這是本項目的目標。

對網上一些原理圖的測試

表1-原理圖試錯(藍色的代表有驅狗潛力的原理圖)

開發日誌

     1.第一版，使用555做訊號發生器，LM386功率放大，推動超聲波揚聲器(323×7)。可以產生對狗有輕微影響的超聲波，但是功率太小，不能驅狗，且人耳可以聽見。

 圖1.0-第一版原理圖，源

     2.第二版，使用555做訊號發生器，LM386功率放大，推動超聲波探頭(T25)。可以產生一定強度的超聲波，可以使打火機火焰彎曲5°(T25距火焰3mm)。原理圖同第一版，不同之處是使用了T25。

        第二版，使用555做訊號發生器，通過鋁電解電容耦合後加到變壓器初級(匝數比1：29)。次級可以產生Vpp=54v的正弦波，但是接上負載T25後，Vpp下降到0.216v。超聲波探頭(T25)發出的聲波無法彎曲火焰(強度太低)。

 圖1.1-第二版原理圖，源1，源2

     3.第三版，使用NE556（雙555）做訊號發生器，第一個555做頻率可調的方波發生器(多諧振蕩器)，第二個555將第一個555發生的方波進行反相(施密特觸發器)。這兩組互為反相的方波訊號分別控制一組由BD679和BD680達林頓管組成的推挽電路，從而構成「H橋」來驅動超聲波探頭(T25)。

        本文只介紹第三版，第一版參考這裡。

圖1.2-第三版原理圖，源

圖1.3-第三版原理圖(改進版)

電路原理(第三版)

     使用NE556（雙555）做訊號發生器，第一個555做頻率可調的方波發生器(多諧振蕩器)，第二個555將第一個555發生的方波進行反相(施密特觸發器)。這兩組互為反相的方波訊號分別控制一組由BD679和BD680達林頓管組成的推挽電路，從而構成「H橋」來驅動超聲波探頭(T25)。

     NE556隻是發生激勵訊號，實際上T25發出的聲波頻率可能不等於此激勵訊號的頻率。就好像你用一個棍子以25KHz的頻率擊打一個吊著的球，球會以25KHz震蕩嗎？我沒有測試，如果你知道，你可以留言讓大家知道。

     通過調節100K電位器，可以調節NE556發生方波的頻率(占空比也會同時改變)。

     可以通過按鍵開關或撥動開關開啟驅狗器，同時還有一個「保險」，防止誤觸。

     工作狀態指示燈，以提示操作者。

圖2.0-原理圖(改進版)，同圖1.3

圖2.1-NE556產生的兩組互為反相的方波訊號(模擬)

圖2.2-最終驅動T25的訊號(模擬)

元件清單

     NE556            *1（可以使用兩個NE555替代）

     DIP-14晶片座   *1（可選，或兩個DIP-8晶片座）

     洞洞板             *1

     1nF獨石電容(102)      *1

     0.01uF瓷片電容(103) *2

     1K電阻              *1

     100K單聯電位器  *1

     BD679達林頓管  *2

     BD680達林頓管  *2

     超聲波探頭T25    *1

     按鍵開關   *1

     撥動開關   *2

     紅色LED   *1

     820歐電阻*1

     600mAH鋰電池      *1

     鋰電池充放升壓模組 *1

圖3.0-主要元件(1)

圖3.1-主要元件(2)

圖3.2-主要元件(3)

PS.以上圖中均沒有出現撥動開關，但實際上是需要的

部分元件簡介

     NE556：雙555定時器，額定電壓4.5~~16v，最大18v，14引腳雙列直插封裝。本電路中，第一個555做頻率可調的方波發生器(多諧振蕩器)，第二個555將第一個555發生的方波進行反相(施密特觸發器)，Vcc=17.5v。淘寶可買到。

圖4.0-NE556實物(DIP-14)

圖4.1-NE556引腳定義

     100K單聯電位器：型號B100K。調節其阻值可以改變NE556發生方波的頻率。淘寶可買到。

圖4.2-B100K實物

     BD679達林頓管：NPN型複合管，絲印BD679G。本電路中，與其餘三個管子構成「H」橋。淘寶可買到。

圖4.3-BD679

圖4.4-BD679引腳定義

圖4.5-BD679與BD680參數

     BD680達林頓管：PNP型複合管，絲印BD680G。本電路中，與其餘三個管子構成「H」橋。淘寶可買到。

圖4.6-BD680

圖4.7-BD680引腳定義

     超聲波探頭T25：型號T25(T代表發射)，中心頻率25KHz，指向性80°，聲壓級：≥120(10V/30cm/sine wave)。在本電路中，功能與第一版的超聲波揚聲器相同，只是指向性更強。淘寶可買到。

圖4.8-T25正面

圖4.9-T25反面

圖4.10-T25指向性圖案

     鋰電池：容量600mAH，帶保護板的電芯。在本電路中，為驅狗器提供電源。注意，鋰電池電壓較低，需要接鋰電池充放升壓模組才能接入電路。容量越大，驅狗器使用的時間就越長。淘寶可買到。

圖4.11-鋰電池電芯

     鋰電池充放升壓模組：型號J5019(18650鋰電池充電升壓放電一體模組)。在本電路中，用於給鋰電池充電、放電(可升壓，最大27v)，為系統提供17.5v電壓。

圖4.12-J5019模組

完成後

圖5.0-正面(未添加鋰電池及充放模組)

圖5.1-反面(未添加鋰電池及充放模組)

圖5.2-正面(添加鋰電池及充放模組)

圖5.3-反面(添加鋰電池及充放模組)

測試結果

     1.Vcc=9v，f=25KHz下：Dr=55%（占空比）。

       使用100K的電位器，產生方波的頻率範圍：7.8~~250KHz。

       在其他頻率下，占空比會變化。

     2.電路工作電壓範圍：9~~16v，最大18v。

        電壓越高，T25發出的超聲波越「響」，電路功率越大，電池使用時間越短，驅狗效果越好(理論上如此)。

        注意：受限於NE556，電路最大工作電壓為18v，超出會損壞NE556。不要長時間開啟驅狗器，會損壞NE556和T25！

     3.功耗：Vcc=9.1v     @130mA @1.2W

                 Vcc=12v     @300mA @3.6W

                 Vcc=17.5v   @?????   @???? （未測試）

     4.用9v乾電池供電，效果很不好。

       使用鋰電池或充電寶供電，效果很好。

     5.滅火焰效果：使用鋰電池和鋰電池充放升壓模組(設定輸出電壓為17.5v)為系統供電，可以使打火機火焰彎曲90°。

     6.實測驅狗效果：使用鋰電池和鋰電池充放升壓模組(設定輸出電壓為17.5v)為系統供電。大部分寵物狗不太敏感，對於敏感的狗，它們似乎只是討厭聽到這個聲音。但是貓非常敏感，隔著3米就能察覺，如果隔近一點，會把貓嚇一跳。

圖6.0-NE556產生的兩組互為反相的方波訊號

圖6.1-最終驅動T25的訊號(未帶T25)

圖6.2-最終驅動T25的訊號(帶T25)

圖6.3-使用此驅狗器對著打火機火焰

改進措施

     1.改進振蕩器部分，使其能在更寬的電壓範圍內工作(本電路為9~~16v，最大18v)。

     2.提高系統工作電壓。系統工作電壓與T25驅動訊號電壓正相關，越大，驅狗器功率越大。測試表明，對於驅狗來說，此裝置功率還是太小。

     3.使用容量更大的鋰電池，延長使用時間。

FAQs

     F.如果我想造一個類似的裝置，我需要什麼？

     Q.除了上述元件清單的元件外，你還需要電烙鐵、焊錫和熱熔膠槍。如果你要列印PCB，直接把.Altium PCB Document文件發給PCB工廠即可。

     F.這個裝置可以幹啥？

     Q.驅趕惡犬、挑逗貓。

     F.可以做到100%驅狗嗎？

     Q.不能，有的狗對這個裝置很敏感，但是有的不那麼敏感。你可以嘗試調節電位器微調激勵訊號頻率，但是注意T25的中心頻率在25KHz，此頻率T25處於最佳工作狀態。同時，貓對這個裝置很敏感。

     F.我想將此項目商業化，需要注意什麼？

     Q.本項目原理圖基於此，你可能需要經過原作者(不是本文的作者)的同意。本文作者繪製的PCB開源，可以不經我本人許可隨意使用、修改、分發。本項目的目標在於降低驅狗器的價格，請不要與之背道而馳。

聲明

     原理圖版權歸原作者所有，PCB開源。此教程未經DLHC允許，禁止轉載。DLHC保留所有權利。

     驅狗器只能作為輔助防禦工具，不能保證對所有狗有效。

     如有問題，請在評論區留言。